Numerical Modeling of the Cracking Process in a Hip Joint Endoprosthesis

Abstract

На основі лінійно-пружної механіки руйнування в даній роботі досліджується процес розтріскування, який поширюється, всередині чашки протеза кульшового суглоба. Як матеріал чашки був запропонований цирконій, але він, як і вся біокераміка,крихкий. Для прогнозування розтріскування чашки за заданих умов, у чашці було створено попередній дефект у двох різних місцях. Підхід полягає у визначенні коефіцієнта інтенсивності напружень за допомогою методу екстраполяції, що включає чисельний метод інтерполяції; крім того, розмір попередньої тріщини збільшується, і виконується новий розрахунок коефіцієнта інтенсивності напружень за тією ж процедурою. Процедура повторюється до досягнення передбачуваного порогу, що дорівнює в'язкості руйнування. Чисельне моделювання було виконано за допомогою програмного забезпечення скінченних елементів Abaqus. Результати показали хорошу поведінку цирконію проти розтріскуванняBased on the linear elastic fracture mechanics, the propagating crack within the cup of total hip prosthesis was studied in this paper. Because of good advantages of zirconia it was proposed as a material of the cup, in the other hand zirconia like all bioceramics has an important weakness which is fragility. To predict the cracking of the cup under given conditions, a prior defect was created within the cup in two different locations. The approach is lying on determining the stress intensity factor by using extrapolating method involving a numerical method of interpolating; moreover the size of the prior crack is incremented and a new calculation of the stress intensity factor the same procedure is performed. The procedure is repeated until reaching a supposed threshold equal to the toughness fracture. The numerical simulation was performed using finite element software Abaqus. The results showed good behavior of zirconia against cracking